1、用pic16f87x單片機實現(xiàn)高分辨率頻率計的方法隨著技術(shù)的快速進展，以為控制核心的控制器件，已經(jīng)全面滲透到測試儀器和計量檢定的各個方面。同時，頻率計作為一種常用工具，在工程技術(shù)和測量、計量等領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。本文介紹了一種以16f87x系列單片機為控制器的高辨別率頻率計的實現(xiàn)辦法。該辦法設(shè)計的頻率計主要用來測量脈沖頻率。它采納圖形液晶顯示，清楚度高，可視范圍廣，可外接晶體頻率源，具有測量速度快、辨別率高的優(yōu)點。2 設(shè)計原理pic16f877a單片機內(nèi)部集成有捕獲/比較/脈寬調(diào)制 (ccp)模塊。當(dāng)ccp工作在捕獲(capture)方式時，可捕獲外部輸入脈沖的升高沿或下降沿，并產(chǎn)生相應(yīng)的中斷

2、。pic16f877a單片機內(nèi)部還集成了定時器/計數(shù)器模塊，在本計劃中采納其中的tmr1作為定時器，該定時器的工作原理是通過tmr1“寄存器對”tmr1h:tmr1l從0000h遞增到ffffh，之后再返回0000h時，會產(chǎn)生高位溢出，并且將會設(shè)置溢出中斷標記位tmr1if為i，同時引起cpu中斷響應(yīng)。在勻稱的脈沖序列中，脈沖頻率值等于單位時光內(nèi)發(fā)生的脈沖次數(shù)。按照這個原理，可以采納pic16f87x系列單片機(本文以pic16f877a型單片機為例)內(nèi)置定時器模塊tmr1計時，同時用法ccp模塊的捕獲功能，每間隔n(n=1,4,16)個脈沖捕獲一次并產(chǎn)生中斷，記錄第1個和第(m-1)*n+1

3、個脈沖到來時的定時器計時t1和tm，1所示。圖1脈沖捕獲暗示圖用被捕獲的脈沖次數(shù)除以第1次和第(m-1)*n+1次脈沖之間間隔的時光即可得到脈沖頻率值。因此，脈沖頻率值計算公式為：3 被測頻率值范圍在測試過程中，需要特殊注重的是，兩次ccp中斷的時光間隔必需大于1次中斷服務(wù)的執(zhí)行時光。否則，假如在中斷服務(wù)程序執(zhí)行時又發(fā)生ccp中斷，就不能正常工作。按照上述條件，則有：由上式得到：式中：sccp 表示捕獲分頻倍數(shù)。fx 表示被測頻率ttcyc 表示系統(tǒng)時鐘周期。n 表示中斷所需最小命令周期數(shù)。設(shè)定：sccp=16，n=40，tcyc= 4/20mhz = 0.2 us，則： fx由此可知，實際頻

4、率測量范圍在0-2 mhz之間。若需測量更大頻率，可以按照需要在待測頻率和cpu的ccp口之間接入相應(yīng)倍數(shù)的分頻器，每接入一個1/n倍分頻器，可測頻率范圍可擴大n倍(2所示)。如在待測頻率和ccp口之間接入三個1/10倍分頻器，則可測頻率范圍為02 ghz。圖2 cpu外接暗示圖4 程序設(shè)計41中斷程序中斷程序流程圖3所示。圖3中斷子程序流程圖中斷服務(wù)子程序如下：void interrupt tmr i_ccp2_ini(void)if(tmr1if=i) /推斷是否定時器中斷tmriif=0; /tmr1中斷標記位清0tmr1on=0; /關(guān)閉tmr1tmr1l=0x00; /設(shè)置tmr1數(shù)

5、據(jù)寄存器初始值 0x0bdctmr1h=0x00;tmr1on=1; /開啟tmr1time_count+; /定時計數(shù)器減1if(ccp2if=1) /推斷是否ccp2中斷if(ccp_count=0)tmr1ie=1; /允許tmr1中斷tmr1if=0; /tmr1中斷標記位清0t1con=0x30; /設(shè)置1:8分頻，關(guān)閉tmr1tmr1l=0x00; /tmr1數(shù)據(jù)寄存器清零tmr1h=0x00;tmr1on=1; /開啟tmr1中斷ccp2if=0; /ccp2中斷標記位清0ccp_count+; /脈沖計數(shù)器加14.2測試過程程序程序流程圖4所示。圖4主程序流程圖測試過程程序如下

6、：unsigned long measure_course(unsigned charcatch_mode)time_count=0; /定時計數(shù)器清零ccp_count=o /脈沖計數(shù)器清零gie=1; /允許全局中斷peie=1; /允許外圍中斷trisc1=0; /ccp2(rc1)輸入ccp2ie=1; /允許ccp2中斷ccp2if=0; /ccp2中斷標記位清0ccp2con=catch_mode; /設(shè)置捕獲脈沖模式e(); /中斷開頭while(1) /等待定時中斷，時光到則退出if(ccp_count=2)break;di(); /中斷結(jié)束tmr1on=0; /關(guān)閉tmr1c

7、cp2con=0x00; /關(guān)閉ccp2ccp2ie=0; /關(guān)閉ccp2中斷ccp2if=0; /ccp2中斷標記位清0trisc1=0; /ccp2(rc1)輸出tmr1ie=0; /關(guān)閉tmr1中斷tmr1if=o; /tmr1中斷標記位清0peie=0; /關(guān)閉外圍中斷gie=0; /關(guān)閉全局中斷5 性能評價傳統(tǒng)的頻率測量辦法有兩種：一是測周期求頻率，這樣對被測頻率信號的信噪比要求高，否則就會產(chǎn)生較大的誤差；另一種是計算單位時光內(nèi)所產(chǎn)生脈沖數(shù)量，雖然這種辦法對信噪比要求不高，但是顯示辨別率受到限制，并且會產(chǎn)生±1的誤差。本計劃摒棄了傳統(tǒng)的測量辦法，采納測量脈沖個數(shù)及計算被測脈沖所經(jīng)受時光的辦法，徹低避開了傳統(tǒng)辦法的弊端。在本計劃中，cpu接外頻標(2所示)，測量誤差僅為時基誤差，而較好的外頻標的誤差普通小于±10-9，因而測量結(jié)果的有效數(shù)字最少可達8位以上，使得低頻測量與高頻測量的有效位數(shù)全都。6 結(jié)語經(jīng)過測試實驗，用